【佳学基因-基因检测】测序技术的发展对基因检测的影响

随着人们生活水平的提高，各类疾病的预防及治疗成为人们关注的重点。基因作为遗传因子，控制着生物的性状，是有遗传效应的DNA序列片段。随着人类基因组计划的完成和测序技术的不断发展，通过基因检测能够了解疾病类型，明确发病原因，同时进一步对这些基因信息进行解读、解码，对遗传疾病及肿瘤进行早期诊断及预防。
 

由于分子生物学的快速发展，基因测序技术也从领先代的Sanger测序发展到了第三代纳米孔测序，现三种测序技术共存，也说明了每个测序技术都有利弊。
 

领先代测序技术（Sanger测序）

Sanger测序（双脱氧末端终止法）的原理，将被荧光标记的ddNTP掺入到dNTP中，由于ddNTP随机掺入，PCR产物从引物之后的领先个碱基开始，每一个位置都有可能是ddNTP。由于ddNTP缺乏链延伸所需要的3’-OH，链的延伸就选择性地在G、A、T或C处终止。这样的PCR产物与普通PCR不一样，不能形成一条电泳带，而是一组长度相差一个碱基的成百上千种片段。它们具有共同的起始点，终止在不同的的核苷酸上，每一个碱基都有相同的概率被终止。将得到的不同大小的片段进行毛细管电泳，通过对荧光信号的采集和拼接，最终获得目的片段的序列。
 

领先代测序技术因其准确率高，读长长，多拷贝的优点，可以检测单基因病的突变类型，同时对未知突变的检测也很容易实行。但是领先代测序离不开PCR扩增，分析的DNA片段也只能是单个片段，导致通量很小，再加上自动化程度低，检测时间较长，所以并不适合对大量样本进行快速检测，而且成本高的缺点也限制了其不适用于大规模测序。
 

第二代测序技术（NGS高通量测序）

      为了解决领先代测序的通量小的不足，第二代测序技术的出现解决了这一问题。
 

大多数的NGS测序 平台都是通过边合成边测序的方式，先将目标NDA 片段绑定在芯片上，然后再加入被标记的核苷酸，在NDA 聚合酶的作用下延长，捕获核苷酸信号，并进行整合，标出坐标，最后每个位点的DNA 序列通过计算机分析出来。二代测序技术能够将成千上万个测序反应在一个平台同时进行，提高了通量，且反应体系非常小，能在很短的时间内获得大量的碱基信息，极大地提高了测序速度，在保持高准确度的同时大幅度降低了测序成本。较高的自动化程度也使其在大规模测序工作中得到了广泛应用。
 

虽然第二代测序技术提高了通量，降低了成本，但在制备测序文库时仍需要经过PCR扩增，而这一过程可能引入突变或改变样品中核酸分子的比例关系；此外，第二代测序的读长普遍偏短，对引物的设计及技术要求较高，同时进行数据拼接时会遇到麻烦。
 

第三代测序技术（单分子测序）

      第三代测序技术采用一种新的荧光类似物标记脱氧核苷酸，通过显微镜实时记录单个碱基的荧光强度变化，根据荧光的波长和峰值判断碱基类型，从而克服了前两代测序技术必须进行PCR扩增的缺陷，可直接读取序列信息，快速简便。
 

HeliScope测序技术在2008年的首次提出，是真正意义上的单分子测序技术，该技术最大的特点是无需扩增测序模板，而是使用一种高灵敏度的荧光探测仪直接对单链DNA模板进行合成法测序。首先将基因组DNA切割成随机的小片段DNA分子，并在每个片段末端加上poly-A尾；然后通过poly-A尾和固定在芯片上的poly-T杂交，将待测模板固定到芯片上，制成测序芯片；最后借助聚合酶将荧光标记的单核苷酸掺入到引物上，采集荧光信号，切除荧光标记基团，进行下一轮测序反应，如此反复，最终获得完整的序列信息。经过数百轮单碱基延伸可以获得25 bp或更长的测序长度。代表性的纳米孔测序技术在成本和速度方面都得到大幅提升，仪器也更加小型化。用于DNA 测序的纳米孔可大致分为两类: 生物纳米孔和固态纳米孔。
 

基因组测序能更多反映生物体的遗传信息，在临床医学及生命科学研究中有着十分重要的推动作用。基因检测技术主要应用于单基因遗传病的诊断、疾病相关基因的点突变检测、肿瘤的早期诊断。对于基因检测的进一步解读、临床数据的不断累积也是全新的重点。
 

随着测序技术的快速稳步发展，最新一代的测序技术还有许多不足之处，需要继续发展，克服技术难点，并通过基因检测来对疾病进行精准治疗，对人类的健康将产生巨大影响。